轴承内圆磨床自动上下料系统设计（含全套CAD图纸）

1、机电工程学院毕业设计说明书设计题目:轴承内圆磨床自动上下料系统设计学生姓名:学 号:专业班级: 指导教师:08年5月1轴承内圆磨床白动上下料系统概述11.1课题的来源与意义11.2课题研究现状和发展趋势21.3课题的设计任务与技术要求52轴承内圆磨床总体设计与布局72. 1轴承内圆的磨削原理与特点72.2轴承内圆磨床的加工对象，范围及要求82. 3 机床的主要运动参数分析92.4 影响机床加工精度和效率的工艺因素102.5机床主要部件结构方案评价112. 6机床的工作循环过程122. 7机床的造型设计132. 8机床的总体布局153 轴承内圆磨床自动上下料系统设计163. 1上下料方案设计16

2、3.2上料机构“双料”故障的成因和预防173.3输料槽的设计233.4 气缸的选择23设计总结27致谢29参考文献301轴承内圆磨床自动上下料系统概述1.1课题的来源与意义1.1.1课题的来源现今轴承生产中，套圈磨削工艺及专用磨床不能满足高精度，高效率的要求， 与国外相比存在着一定的差距。工艺设备的落后是国产轴承精度低，性能差，成本 高以及在国际市场上竞争力低的主要原因。在所有轴承加工设备中，内表面磨床的 水平具有表征意义。这主要是磨削孔径限制了砂轮尺寸及相应的系统结构和几何参 数，从根本上限制了工艺系统的的刚性。内圆磨削速度要从砂轮主轴的转速的提高 寻找出路，相应的就带来了高速主轴轴承的制造

3、，应用装配技术和高速下的振动及 动平衡一系列要求。轴承套圈内径公差严格，在大批量与高效率的生产条件下，难 以用定程控制尺寸，必须配用各式主动测量系统，从而增加了内圈磨床结构及尺寸 的复杂性。该课题来源于生产实践。在深沟球轴承内圈的加工中，内圆磨削是一道关键工 序。其原因是：受孔径限制，砂轮尺寸小，砂轮消耗快，影响磨削效率和质量。现 代磨削技术在不断的发展和提高，对于轴承内圈内圆的磨削，越来越要求磨床具有 高精度、高效率和高可靠性，而传统的手动和半自动内圆磨床难以满足使用要求， 因此设计开发全自动内圆磨床则显得尤为重要。1.1.2课题的背景与意义轴承内圆内圈磨床是指用于磨削轴承内圆的专用磨床。五

4、十年代，开始逐步发 展了切入式轴承专用内圆和外圆磨床；至八十年代，随着机床基础元件技术的发展, 特别是电子技术的高速发展，轴承套圈内圆和外圆磨床的技术的fi趋完善，相继岀 现了 pc和cnc控制轴承套圈内圆和外圆磨床及cac控制的轴承套圈内圆磨床， 使现代控制技术与先进的机床功能组件相得益彰，大大提高了机床的自动化程度、 可靠性、工作精度和生产效率。迄今为止，较著名的轴承磨床制造厂主要有：美国的勃兰恩特、希尔德；西德 的奥佛贝克；意大利的西马特、法米尔、诺瓦；日本的精工精机、东洋工业公司； 东德的柏林机床厂、卡尔马克思城磨床厂等。本课题为生产轴承的企业提出的实际课题。小型深沟球轴承是使用量较大

5、的轴 承产品。其生产方式为大批量生产。由于行业的竞争口益激烈，生产厂家特别重视 产品的质量和加工效率。在深沟球轴承内圈的加工工序中，内圈磨削是一种瓶颈工 序，也是关键工序。传统的手动和半自动内磨床难以满足使用要求。因此，有必要 设计开发以提高加工效率和质量为目的的全自动轴承内圈内圆磨床。通过设计改进 的预期成果是将此深沟球轴承内圆磨床制造岀来并投入到实际生产轴承圈的生产 中，达到提高精度、加工效率和质量的目的。1.1.3课题设计要解决的问题轴承加工是以大批量为特征的，因此加工设备不仅要保证轴承所要求的各项精 度而且效率也是一个很重要的指标。所以上下料的辅助时间是可以考虑缩短*提高 效率的。而随

6、着轴承工业的发展，对轴承磨床的加工精度也提出了更高的要求。尺 寸精度是轴承加工屮控制的一项关键所以我们有必要去对上下料及进给进行 研究。在学校翻阅图书馆大量文献，研究出初步的设计方案。去工厂进行实地考察， 结合书本知识，得出最佳设计方案。根据任务分工，我主要负责设计机床的上下料 系统。设计过程中，通过翻阅大量的通用机床的设计资料，并总结设计机床的主要 特点，从而得出了该机床的上下料装配图和机床装配图。虽然各种机床的功能和要求不同，但就其磨削原理而言，同属于内表面磨削， 其运动方式和总体布局也基木相同，大多数部件通用。目前，国内各厂对中高级精度轴承多采用二次磨削，为了改变这种情况，拟用 一次磨削

7、代替且达到终磨技术要求。要在大批生产高效的条件下，满足上述技术要求，从磨床设计的观点来看，可 以归结为磨削几何精度、尺寸精度及效率三个方面的要求。用因果分析尺寸精度、 几何尺寸及磨削效率的影响因素，从而选择最佳装夹部件方案，在考虑运动图的设 计布局及造型设计，最后决定最佳的方案。1.2课题研究现状和发展趋势1.2. 1课题研究现状随着轴承工业的迅速发展，对轴承磨床的加工精度、效率、可靠性提出了更高 的要求。尺寸精度是轴承加工中控制的一项关键精度之一，而磨床的进给机构直接 影响轴承套圈加工的尺寸精度。因此，随着轴承质量要求的不断提高，需要更加精 密高效的磨床进给机构。磨床能加工硬度较高的材料，如

8、淬硬钢、硬质合金等；也能加工脆性材料，如 玻璃、花岗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能进行高效率的磨削, 如强力磨削等。小型深沟球轴承是使用量较大的轴承产品。其生产方式为大批量生 产。由于行业的竞争口益激烈，生产厂家特别重视产品的质量和加工效率。在深沟 球轴承内圈的加工工序中，内圈磨削是一种瓶颈工序，也是关键工序。传统的手动 和半自动内磨床难以满足使用要求。因此，有必要设计开发以提高加工效率和质量 为目的的全自动轴承内圈内圆磨床。1.2.2课题国内外研究的概况作为整个工业基础的机械制造业，正在朝着高精度、高效率、智能化和柔性化 的方向发展。磨削、超精研加工（简称“磨超加工"

9、;）往往是机械产品的终极加工环 节，其机械加工的好坏直接影响到产品的质量和性能。作为机械工业基础件之一轴 承的生产中，套圈的磨超加工是决定套圈零件乃至整个轴承精度的主要环节，其中 滚动表面的磨超加工，则又是影响轴承寿命以及轴承减振降噪的主要环节。因此， 历来磨超加工都是轴承制造技术领域的关键技术和核心技术。国外轴承工业，60年代已形成一个稳定的套圈磨超加工工艺流程及基本方法， 即：双端面磨削无心外圆磨削滚道切入无心磨削滚道超精研加工。除 了结构特殊的轴承，需要附加若干工序外，大量生产的套圈均是按这一流程加工的。 几十年来，工艺流程未出现根本性的变化，但是这并不意味着轴承制造技术没有发 展。简要

10、地说，60年代只是建立和发展“双端面无心外圆切入磨超精 研''这一工艺流程，并相应诞生了成系列的切入无心磨床和超精研机床，零件加工精 度达到35um,单件加工时间1318s（中小型尺寸）。70年代则主要是以应用60m/s 高速磨削、控制力磨削技术及控制力磨床大量采用，以集成电路为特征的电子控制 技术的数字控制技术被大量采用，从而提高了磨床及工艺的稳定性，零件加工精度 达到13um,零件加工时间1012s。80年代以来，工艺及设备的加工精度已不是 问题，主要发展方向是在稳定质量的前提下，追求更高的效率，调整更方便以及制 造系统的数控化和自动化。而目前国内经过多年的发展，特别是近年

11、主机发展的需要，从而带动了汽车轴 承、精密机床轴承、铁路轴承、家电用轴承的快速发展，特别是轿车轴承发展迅猛, 这无形带动了自动轴承内圈内圆磨床的技术和硬件的更新，目前国内大部分磨床的 系统由液压进给补偿系统改成步进电机进给补偿系统，步进电机替代了原来的复杂 的液压进给补偿系统，将原来液压波动和机械零件加工传动链的误差消除了，并且 步进电机可以把进给过程分成儿个阶段，毎个阶段可以选用不同的脉冲频率控制进 给速度，可以用脉冲数来控制机床工作台精进给，大大提高了轴承的精度。不过相 比国外先进的伺服电机控制系统，能将快跳油缸和谐波减速器去掉，釆用滚珠丝杠 和伺服电机直联结构，使得机械系统误差最小，步进

12、电机又在抗干扰能力和重复定 位精度能力上比伺服电机上差了一截，以致国内的轴承在寿命和可靠度上面还是比 不上国外，不过相信随着轴承工业的进一步发展，我们与国外的差距会越来越来小。十八世纪30年代，为了适应钟表、自行车、缝纫机和枪械等零件淬硬后的加工, 英国、德国和美国分别研制岀使用天然磨料砂轮的磨床。这些磨床是在当时现成的 机床如车床、刨床等上面加装磨头改制而成的，它们结构简单，刚度低，磨削吋易 产牛振动，要求操作工人要有很高的技艺才能磨出精密的工件。1876年在巴黎博览会展出的美国布朗夏普公司制造的万能外圆磨床，是首次具 有现代磨床基本特征的机械。它的工件头架和尾座安装在往复移动的工作台上，箱

13、 形床身提高了机床刚度，并带有内圆磨削附件。1883年，这家公司制成磨头装在立 柱上、工作台作往复移动的平面磨床。1900年前后，人造磨料的发展和液压传动的应用，对磨床的发展有很大的推动 作用。随着近代工业特别是汽车工业的发展，各种不同类型的磨床相继问世。例如 20世纪初，先后研制岀加工气缸体的行星内圆磨床、曲轴磨床、凸轮轴磨床和带电 磁吸盘的活塞环磨床等。自动测量装置于1908年开始应用到磨床上。到了 1920年前后，无心磨床、双端面磨床、轧辘磨床、导轨磨床，壻磨机和超 精加工机床等相继制成使用；50年代乂出现了可作镜面磨削的高精度外圆磨床；60 年代末又出现了砂轮线速度达6080米/秒的高

14、速磨床和大切深、缓进给磨削平面 磨床；70年代，采用微处理机的数字控制和适应控制等技术在磨床上得到了广泛的 应用。随着高精度、高硬度机械零件数量的增加，以及精密铸造和精密锻造工艺的发 展，磨床的性能、品种和产量都在不断的提高和增长。内圆磨床和其他磨床一样，在提高效率、口动化程度和万能性方面有较大的发 展。但精度提高得很慢。十多年來，内孔不圆度最佳值一直保持在0.3lmmzl'rj, 最高表面粗糙度rao.oso为了适应大批量生产，各国都出现一批自动内圆磨床，如美国海尔特公司的 ocf型内圆磨床，美国bryant公司的c2型内圆磨床，德国sip200x315型内圆磨 床。1.2.3课题的

15、发展趋势与应用对象磨床是各类金属切削机床中品种最多的一类，主要类型有外圆磨床、内圆磨床、 平面磨床、无心磨床、工具磨床等。外圆磨床是使用的最广泛的，能加工各种圆柱形和圆锥形外表面及轴肩端面的 磨床。万能外圆磨床述带有内圆磨削附件，可磨削内孔和锥度较大的内、外锥面。 不过外圆磨床的自动化程度较低，只适用于中小批单件生产和修配工作。内圆磨床的砂轮主轴转速很高，可磨削圆柱、圆锥形内孔表面。普通内圆磨床 仅适于单件、小批生产。自动和半自动内圆磨床除工作循环自动进行外，还可在加 工中自动测量，大多用于大批量的生产中。平面磨床的工件一般是夹紧在工作台上，或靠电磁吸力固定在电磁工作台上， 然后用砂轮的周边或

16、端而磨削工件平而的磨床；无心磨床通常指无心外圆磨床，即 工件不用顶尖或卡盘定心和支承，而以工件被磨削外圆面作定位面，工件位于砂轮 和导轮之间，由托板支承，这种磨床的生产效率较高，易于实现自动化，多用在大 批量生产中。工具磨床是专门用于工具制造和刀具刃磨的磨床，有万能工具磨床、钻头刃磨 床、拉刀刃磨床、工具曲线磨床等，多用于工具制造厂和机械制造厂的工具车间。轴承套圈磨床是磨床的一个重要分支。我国的轴承套圈磨床已经全部实现了白 动化生产，现在正在使用的大批量高精度的轴承生产已经广泛采用自动线生产，代 表着世界先进水平的轴承磨超自动线己经大量的出口世界各地。我国的轴承磨床制 造企业为我国的精密磨床发

17、展做出了卓越的贡献。1.3课题的设计任务与技术要求在之前的轴承内圆磨床的技术参数上进行改进，把原来的半自动化改成自动化 程度更高的机床。原先的磨床进给还是采用棘轮机构，用液压来驱动，这样的进给 系统自动化程度低，精度也低，不适合现在的大规模，高精度生产。而自动上下料 结构也能很好地提高工作效率。在长时间，单一的工作状态下人的精神状态是很容 易不集屮的，容易发生错误，而自动上下料也能解决一问题。2轴承内圆磨床总体设计与布局2.1轴承内圆的磨削原理与特点磨削加工可分为一般磨削和高光洁度磨削（即精密磨削，超精磨削，镜面磨削） 两种。对于一般磨削，砂轮可当作一把多刀多刃的铳刀，每一颗磨粒相当于一个刀齿

18、, 每一个粒尖相当于一个“刀刃”。但他与铳刀又不同的地方就是砂轮有无数的刀齿， 且刀齿的排列和刀齿的角度都是及不规则的。高速旋转的每一个“刀齿”，在切削 力的作用下，从工件表面上切除一条薄层的切屑，并在工件表面上摩擦发热而产生 火化。这样无数磨砺切削的结果，就把工件表而要切除的金属磨去，形成光滑表面。对于精密磨削，超精密磨削和镜面磨削，光滑表面的形成与一般磨削相似，单 也有自身的特点。高光洁度磨削是由砂轮通过精细修整后形成等高的微刃切削作用 和适当接触压力的摩擦抛光作用，使工件表面获得高的光洁度。2. 1. 1磨削基本原理：磨削时，工件径向进给，砂轮轴轴向往复移动，在粗进给和精进给磨削之间，

19、往往需要修整砂轮。修整时，砂轮退出内孔并在修整器位置往复运动一次，修整器 就在砂轮表面去除一层磨料。每修整一次，就必须有一次补偿进给量的大小 应根据牛产条件经验合理确定，一般其数量级为110微米。在内圆磨削中，工件进给一般由机械控制，也有用步进电机控制的。砂轮转速 由电主轴控制：砂轮轴向长距离往复运动由油缸控制，而其往复振动则有偏心装置 控制。2. 1. 2轴承内圆磨削的特点：砂轮刚度低内表面磨削时，砂轮受内径限制，常制成较细的悬僭梁状，刚度很低：刚性差, 易于变形，从而引起较大的尺寸和形状课差：砂轮轴无进给光磨，恢复变形时间较 长，生产率很低。在砂轮轴的长度与砂轮轴直径的选择上，使用尽可能最

20、短的砂轮 轴长度和最大的砂轮轴直径，它们之间存在的比率关系可以归纳为： 比率小于3:1会产牛可靠的性能和最短的加工时间 比率界于3:1到6:1通常作为边界选择。 比率大于6:1会导致诸如饶度、锥度、震颤和长的加工时间。磨削条件差内表面磨削时，砂轮直径很小，为保证一定的磨削线速度，砂轮轴转速极高， 要上万转，很容易引起磨削系统的振动。在磨削时，砂轮与工件接触面积大，磨砺 抑郁钝化，且自锐性不能充分发挥，产生热量多，冷却液很难进入磨削区，工件表 而极易烧伤。2.2轴承内圆磨床的加工对象，范围及要求2. 2. 1机床的加工对象由于电磁夹具和自动上下料的存在，该磨床适合加工大批量中高级精度的深沟 球轴

21、承内径。主要使用于磨削轴承套圈内径，也适用于其他尺寸符合的环形零件内 径，最适合大批量全自动化生产。2. 2. 2机床的加工范围根据要求，该磨床所加工轴承套圈的规格为：磨孔直径：<1)20-30毫米最大磨削深度：20毫米最大工件外径：©42毫米加工余量：0. 2-0. 35毫米加工质量：高于轴承国家标准对于p0级精度的轴承要求2. 2. 3工件的加工精度深沟球轴承主要承受径向载荷，也能承受一定的单向或双向轴向载荷，其摩擦 因数最小，极限转速最高，作为精密的机械元件，滚动轴承工作性能能直接影响逐 级的工作性能，甚至安装在某些关键部件上的滚动轴承，几乎决定了该主机的性能, 除高精密

22、轴承外，像耐高温、耐低温、防锈、防震、高速、高真空、和耐腐蚀等具 有特殊性能要求的轴承的质量指标也是十分严格的。一般来说，滚动轴承应具有高的寿命，低的噪咅，小的旋转力矩和高的可靠性， 这些基本性能要达到这些要求，就必须在机械加工工艺上首先确保轴承零件套圈的 以下指标：旋转精度：要求轴承的套圈的儿何形状精度和位置精度不超过3umoo尺寸精度：要求套圈的尺寸精度在5um之内。粗糙度：安装表面粗糙度ra值不大于0. 63 u m-0. 32 u m,尺寸稳定度：在长期存放和工作时没有明显的尺寸和形状变化。质量指标：尺寸公差7微米：圆度3微米：粗糙度0.04 u m2. 2. 4轴承套圈内径终磨技术条

23、件（见表2-1）表2-1尺寸公差椭圆度锥度端面侧摆g光洁度套圈尺寸g e dg e dg e de dg ed伽）(pm)(屮m(ym)伽）-10-1-1-8a7a8a9mm-7 -54 2. 5 1 55 2.5 21.464-1-1-10a7a8a910-18-7 -55 3 1.55 3 21.4 6 5mm-1-1 -12a7a8a918-30-8 -66 3 26 3 2.51.4 7 6mm2.3机床的主要运动参数分析2. 3. 1机床应提供的主要运动分析为实现正常的内圆磨削，所需要的切削运动和辅助运动如下图所示。m图2-2图2. 2中岭-横向进给运动：匕-纵向往复运动：匕厂修整运

24、动：匕-砂轮与工件的接近运动：ng-砂轮转速：n«,-工件的旋转运动。2. 3. 2机床的运动参数及动力参数磨架最大纵向行程（mm）400磨架最大轴向彳亍程（mm）420砂轮轴型号gdz-36gdz-48gdz-60砂轮轴转速（rpm）160004800060000砂轮轴功率（kw）5.03.52.5工件轴转速（rpm）低速45056710高速90011341420粗磨速度（mm/mi n）0. 8-2精磨速度（mm/min）0. 25-0. 5快速趋进工作速度（mm/min）15工件架粗精进给微退量（nrni）0. 001-0.0162.4影响机床加工精度和效率的工艺因素主动测量装

25、置的精度和稳定性，以及砂轮的切削性能都是至关重要的。砂轮的 自锐性及在修整期间内的耐磨性是否良好，对内圆磨削尺寸精度，几何精度和精度 稳定性有重大影响，小孔磨削事尤为重要。所以，仪表和砂轮是实现正常白动内圆 磨削的前提条件。以下着重分析影响内圆磨削尺寸精度，几何精度及磨削效率的磨床结构因素 2. 4. 1内圆磨削尺寸精度结构影响因素。（1）工艺系统的运动精度及重复定位精度；（2）工艺系统的静动态刚性；（3）工艺系统的热变形；2. 4. 2内圆磨削几何精度的磨床结构影响精度（1）工艺系统的运动精度及重复定位精度；（2）工艺系统的静动态刚性；（3）夹具重复定位精度（考虑重修的可能性）几主轴回转精度

26、；2. 4. 3内圆磨效率的磨床结构影响因素（1）磨削参数，主要是砂轮线速度，横向进给速度，往复频率和工件速度；（2）磨削循环的合理的设计以及空程磨削时间和辅助时间的比重；（3）工艺系统的刚性；（4）机电系统工作的可靠性；2.5机床主要部件结构方案评价根据前一节机床结构因素对加工尺寸精度，几何精度和效率影响的分析，现将 内圆磨床各主要部件可能采用的结构方案列出，并分别进行刚性评价，精度评价， 从而进行方案的比较选择。部件的结构方案是在假设部件结构设计，制造良好的基 础上进行的。任何合理的结构方案，如果具体结构设计不当或制造不良，均会使该 部件失去其优势，乃至完全打不到预测的结果。各部件结构方案

27、综合评价如下表2-3部件名称结构方案刚性评价精度评价效率评价夹定心夹具优差差具电磁无心夹具优优优滚轮式无心夹具中优优滑动导轨屮优优导液静压导轨优优优气静压导轨差优优轨臻子滚动导轨优优优钢球滚动导轨1'优优砂轮滚动支撑皮带轴中中中主轴滚动支撑dz系列电主轴滚动支撑gdz系列电主轴气静压支撐电主轴中优差中优优'i1优差丝杠螺母（滑动接触，消除间中差差进给隙）系统步进电机（滚珠丝杠）优优优液压传动滚动丝杠优'1''1'步进电机凸轮机构优优差尺寸定程磨削/差优控气浮塞规测量系统/1'优制前插式主动测量仪/优'1'系步进电机凸轮杠杆

28、/优优统空程磨控制倒磨削/优'1'削消磨削功率控制/优优除系训ii rv口骼汁/优1'统上述评价是定性的相对比较，曾试图采用加全权记分法来进行比较。由于每种 结构各具特点，无法真正做到恰当的确定参数，并赋予适中的加权系数，所以实际 上无法进行加权记分法评定。2. 6机床的工作循环过程机床在工作过程中，需要两个循环过程：磨削循环和砂轮修复循环。下面分别介 绍一下着两个过程。2. 6. 1机床的磨削工作过程首先，打开总的电源，气源，启动工作轴，磁滤器，电泵。砂轮轴得到气，启 动砂轮轴和气压系统；机械手上料，复位；测爪进入工作，电磁无心夹具上磁。然 后，测爪张开，磨架快速左行

29、到底，工件架快跳，快趋，进行粗磨；工件架微退， 进行粗光磨。然后精磨，工件架微退，进行精光磨。工件架跳出，步进电机复位， 磨架往复停止，磨架快速右行至休整位置，补偿机构进行补偿；测爪收缩，断磁， 测爪退出工件，然后机械手上料，进行下一个磨削循环。2. 6. 2砂轮休整循环机械手上料，机械手复位，测爪进入工作并上磁，测爪张开，磨架快速左行至 休整位置，休整器倒下，磨架休整左行；磨架快速右行至补偿位置，砂轮架抬起， 磨架快速左行到底，工件加快跳，进行磨削。2. 7机床的造型设计2. 7. 1床身设计床身是金属切削机床的基础，磨床的床身内装有电器、液压和机械部件；在床 身上装有工作台、工件箱、砂轮驾

30、、立柱等。这些部件被固定在床身上或在床身导 轨上。设计磨床床身要抓住导轨精度、刚性、热变形、耐磨性、结构工艺性等问题。 他们对安装在床身上的各部件的安装位置和相互运动的精度影响很大。因此，对机 床床身和床身导轨设计的基本要求，要保证具有一定的精度、刚性、耐磨性、最小 热变形及合理的结构工艺性。为了使所设计机床操作方便，减少工人的劳动强度以及外形美观，该内圆磨床 在造型设计上采用了以下措施：为使机床工作场地明快，尽可能将各部件设置在机床本体上。例如，液压系 统设置在床身z内；电器箱设置在机床本体后方，占地少，避免外接连线、联管， 运输方便；电器箱同吋当作机床外部密封的后墙，又可节省材料。全部电器

31、操作件 均设置于电器箱前凸部上的控制面板上，调整用操作件和操作用件分片集中安装操 作件于操作者易接近的部位，保证操作者视力及精力不被分散。机床 采用半封闭型设计，后防水板用金展结构，前防水板用有机玻璃成型活 动式结构，既方便观察，有给人以美观的感觉。机床调整时容易拿下，轻便且易于 清洗。实践证明若该为全封闭设计可能更有利于减少油雾对环境的污染。床各外露部件的几何设计，在满足性能和结构要求的基础上，尽可能符合几 何美学的原则。外观线条统一化，外漏部分尽可能采用简洁明快感强的直线条和直角相交。 过去由于铸造工艺上的困难，也由于流线型审美观，影响到机床大部件，另外均取 大圆角过度转折，现在已显陈旧，

32、且给人以傻大的感觉。由于分模铸造的发展，接 近直角的转折的小圆角逐渐已经很容易制造，外形平整线条一致，为机床造型美观化提供了有利条件。充分考虑机床结构设计上的均衡和稳定的关系。考虑工件头架与磨头架实际 结构的不平衡性，外部采用有机玻璃密封罩。6 合理布局及选择筋的形状。床身截面形状要算空心方形和矩形为好，但是 由于床身在铸造过程中为了便于清砂，或者由于床身内部装有机构为了装配调整方 便，因而必须在床身壁上开有窗口，这样就不可能做成四面封闭的方形截面，甚至 做成三角封闭也比较困难。如果单用增加箱体壁壁厚以提高其刚性，不仅使床身笨 重，且浪费材料。因此，对开有窗口以及而积大于400x400毫米的薄

33、壁床身，可采 用各种形状的筋用来提高刚性。而该磨床选用十字形筋，起结构简单，材料省，抗 弯刚度较大。7 提高床身与立柱的连接刚性。除了注意提高床身和立柱木身的整体刚性外， 床身与立柱，床身与床身之间的连接刚性也不能忽视。这部分的布局变化也会降低 床身的精度。立柱受力后容易产生前倾或后倾，其主要原因是由于紧固螺钉的直径 过小及布局不合理，或因立柱凸缘处刚性较差引起的变形。因此，合理的选择紧固 螺钉的直径，数量及其布置，以及加强凸缘的刚性是保证床身与立柱，床身与床身 连接刚性的重要措施。螺钉的直径，数量及其布置应根据受力的大小和方向而定。 受较大弯矩或扭矩作用的立柱，采用螺钉紧同在凸缘的四个面上。

34、2. 7. 2床身的热变形热胀冷缩是常见的物理现象，如丝杠受热会伸长，薄板表面受热不一致会弯曲。 如果床身底部温度较高，则上部变凹，下部变凸。反之则上部受热就变凸。2. 7. 3床身导轨的耐磨性机床导轨磨损后，工作台运动精度降低，影响加工精度。提高导轨耐磨性，可 采取如下措施:1 .降低导轨面比压，即降低导轨单位面积上的压力。2 .充足的润滑：这样可以使导轨处于半液体摩擦，液体摩擦状态，这减少导轨摩擦, 降低高速时的摩擦热，改善热变形，防止低速时的爬行现象对提高运动精度和延长 导轨寿命有很大作用。3 .可靠的防护：为防止切屑，磨料，灰尘等落入导轨而，造成导轨磨损和拉毛，必 须设计合理可靠的防护

35、罩，以提高导轨使用寿命。4 .选择合理的床身材料：机床床身所使用的材料有：1级铸铁，高磷铸铁，铜镒铸 铁，铜磷铸铁等。i级铸铁具有良好的铸造性，切削性，吸振性以及成木低的优点, 其耐磨性差的缺点可通过对导轨表面进行淬火来弥补。2. 7. 4床身结构工艺性1床身筋以及导轨筋的排列，在不影响结构刚性的情况下其尺寸应尽可能一致。2. 内腔不能太窄，不能太深，其圆角应尽量大，既不要用尖角砂芯，这样可减 少浇铸和清砂的难度。3. 床身的壁厚尺寸不能太小，太小了不仅铸造困难，且易产生裂痕和冷隔；但 也不能太大，太大会增加铸件重量，消耗材料，且组织疏松，或形成较大的 缩孔，使强度降低。因此壁厚应根据机床大小

36、，床身复杂程度，材料及铸造 工艺而定。4. 床身壁厚，筋厚力求均匀，不要变化太大。否则，厚的部分容易产生缩孔和 裂痕等缺陷。2. 8机床的总体布局为实现连续正常的连续磨削，所需要的切削运动和辅助运动在第一节中已经介 绍，本以是任何内圆磨床设计者所熟知的。运动方案的设计，实质上决定了机床总 体布局方案的选择。对己有轴承内圆磨床的运动设计进行比较分析，其区别在于横 向进给运动vf （有级，无级变化）和纵向运动修整运动vd和砂轮与工件接近 运动va有哪个部件实现。考虑导规系统结构设计的方便和滑板层次或部件结构的简 化，也考虑到自动上下料的方便与否，木机床将所有的横向运动由工件实现，纵向 运动由砂轮系

37、统来实现。由此就决定了机床主要布局如下图所示。机床身则选用结 构刚性及造型设计均较有利的巨型箱式铸造件结构。3轴承内圆磨床自动上下料系统设计3. 1上下料方案设计对大型零件的上下料辅助时间约占整个生产辅助时间的50%-70%中小型零件的 上下料时间约占整个生产辅助时间的20%-70%,实现上下料的自动化可以减少生 产辅助时间，提高劳动生产率和设备利用率；另外根据有关部门资料统计，多数生 产事故都发生在上下料过程中。故上下料的自动化可以减轻工人的手工操作劳动强 度，改善劳动条件，为实现自动化生产创造了条件。机床上料（送料）是按照机床的加工循环的时间间隔将毛坏或工件定向排列、 自动送到指定加工位置

38、，下料是利用料道将己经完成工序加工的工件自动放在传输 装置上。通常在两道工序z间，前一道工序的下料装置就是后一道工序的上料装置。 机床上料装置有两种，人工上料和自动上料装置。自动上下料装置，是自动机床和自动线设计中复杂程度高而且难度较大的重要 组成部分之一。自动上下料装置所完成的工作，是将散乱的工件经过定向机构，实现定向排列, 然后顺次地把它安装到机床夹具上，并在加工完成后从夹具中卸下工件。白动上下 料装置还可用于将工件定向整理后送至装配位置。自动上下料装置中，自动上料装 置发展很快，已成为一个独立的部分，通常乂称为自动供料器。自动上料装置的结构形式在很大程度上取决于工件的毛坯形式及其原材料。

39、毛 坯有卷料，板料，棒料和件料等多种形式，故自动上料装置也是多种多样的。自动上料装置大致可以分为料仓式，料斗式和工业机械手（机器人）上料装置。料仓式上料装置是一种半自动上料装置，是将已经整理好的工件放在储料器中 进行上料的装置，需要人工定期将一批工件按规定的方向和位置依次排列在料仓里, 有送料器自动地将工件送到机床夹具中。这种上料装置虽然需要人工来完成工件的 定向整理，但其结构简单，且工作可靠性较高。它使用于批量较大且因重量、尺寸 及几何形状特殊等原因而难于进行自动定向整理的工件，或者使用于单件工序时间 较长，人工定向整理一批工件可供机床加工很长时间的场合。料斗式上料装置，工人将一批工件到入料

40、斗中，料斗的定向机构能将杂乱无章 的工件自动定向，按照规定的方位整齐排列有序，以一定的生产节拍自动送到加工 位置上。因此能进一步减轻工人的劳动强度，便于多机床管理。这种上料装置多用于工件形状简单，体积和重量不大，而且工序时间短，要求频繁上料的情况。工业机器手（机器人）是模仿人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现 自动抓取工件送到加工位置上、工业机器手上料装置比料斗或料仓灵活，适应与体 积大、结构复杂的单件毛坯或劳动条件恶劣的场所、广泛应用于柔性制造系统。本设计采用槽式料仓式上料机构，主要考虑其结构简单，工作可靠等优点。但 是这种结构容易产生“双料”故障，因此下面将分析起故障的成因然后采取有

41、效措 施加以避免这种故障。3. 2上料机构“双料”故障的成因和预防轴承磨床在磨削过程中常见的故障z是在上、下料是往往出现一次上两个料 （工件）的现象，即前面一个工件尚未磨削第二个工件就掉到磨削区域了。这种现 象我们称之为“双料”故障，为排除这种故障，首先必须分析，产生“双料”的原 因，才能采取预防措施。3.2.1落料的静态分析过程轴承磨床的床头采用的是电磁无心夹具，其上下料的工作原理图如图3-1所示:当一个工件加工完毕后，发出送料信号，上下料气缸动作，带动下料推杆右移, 把工件推入下槽中。然后左上料推杆左移把一个待加工工件送往磨削位置后复位。 然后左上料推杆乂在气缸的带动下换向左移。当左上料推

42、杆越过料槽下方时，后续 一个工件将降落的一个工件在支撑板上等待下一次送料。推料杆左移时，工件与推料杆的位置变化过程如图3-2所示，由图可知，在这 一过程中，料槽内的后续待磨工件虽然发生一次先向下后向上震荡，但不可能出现 “双料”故障，因为被送工件和推料相继地支撑住了料槽内的其他工件。图3-2被送工件到位后，推料杆换向左移。若由于某些设计参数选择或调整不当，在 这个推料杆左移过程中，就会出现“双料”故障。为了说明在该过程中可能出现的 非常情况和便与后面的计算，特别把推料杆移动时经过的几个特殊位置绘制成图3-31a34图33图2. 2.3中(1) 为工件开始降落的位置，工件与推料杆水平表面相切与棱

43、角d。该位置可 以作为工件下落过程计算的时间和位移的起点。(2) 为工件与推料杆斜面相切与棱角d,工件下移距离为：ah=d(l-cos 丫)/2(3) 为工件与推料杆斜面相切与棱角c,工件下移量为：ah=d(l-cosy)/2 + (h-h2)此时，工件轴线可能己略低于料槽上壁平而，即工件不再与料槽垂直壁而相切, 除非b > h- dcos y/2(4)为工件脱离料槽前的极限位置，即料槽；棱角a到推料 杆棱角c间的距离等于工件直径d。此吋下工件中心偏在料槽中心线以右，即： =6/2- d2-(h-h2)21/2/2而相邻的上工件对下工件屮心在料槽屮心线左侧(b-d) /2处，这就使得上工

44、 件对下工件的作用力有指向右侧的分量。此时推料杆点对工件的作用力的水平也是 向右的。这两个分力使下工件在下落的同时更加向右移动。(5)为工件与推料杆的 端面相切并滑落在支撑板的凹槽内，工件中心在料槽中心线左侧，贝归2 = (b-d)/2- d2c-(h-h2)21/2这时如果支撑板上无凹槽或凹槽过小，工件停不稳，则上工件继续将下工件挤 向右方，直至上工件相继落在支撑板上，形成多料故障。反之，若凹槽过宽，上工 件落入凹槽后过分向右，则后续工件由于自身的重力产生积压力也回将落入槽中的 工件再向右挤出，形成“双料”故障。所以在凹槽深度给定的情况下，起宽度应有 个合适的范围，不可过大或过小。3.2.2

45、落料的动态分析上面做的分析，属于静态分析，即认为推料杆的右移运动足够的缓慢，以至与 图223所示的落料过程屮工件始终保持与推料杆相接触。但实际情况并非如此。一 方面推料杆的速度很快，而且这个速度是变化的，中间速度比较高，在两边比较低。 另一方面，工件在料槽内是靠重力下落的，考虑到摩擦因素等问题，下落的加速度 总是小于g的。也就是说它下落的时候速度不是很快以至于跟不上推料杆的移动。它们的差值a h=hl-gt2/2.®据计算能得出结论：有可能使工件与推料杆相碰的时 刻推迟到a点与c点的距离大与工件直径z后，而造成双料事故。3. 2. 3防止“双料''故障的措施从静态分析

46、中得知，支撑板上的凹槽尺寸应该选择合适，不可以过大或者过小。 当槽深选定后问题就是要确定合适的槽宽。槽宽尺寸下限应由工件表面顺利接触底 槽的条件来确定，尺寸上限应由相邻工件的挤压力与凹槽斜而的反力所形成的力矩 的方向不得为顺时针方向來确定。以直径为42mm的为例，并凹槽深度为2mm,边缘倒角为30°见图3-4<lo-cl)/2则槽底半宽下限为：a 左 min=a2+dtan (30° /2)/2=a2+21xtanl5° = 15. 2mm式中直系按(4)式计算。槽宽上限为：a 左 max=d(l+tan30° /2)/2-(bd)/2=21x (

47、l+tanl5° )-(bd)/2=23. 5mm 实际上应在下限附近取值，以免工件在动态过程中易向左滑出。建议取： a 左二a 左 min=15 2mm其相应的槽顶宽度：b 左二a 左+k/tan a =a 左+k/tan30° =16. 2mm对于右半槽，取倒角45° ,所以：a 右2 (dtan45° /2)/2= (42x1/2)/2=10. 5mm取a右二11mm所以：b 右二a 右+k=ll+k=13mm从动态分析及图4的计算实例来看，工件在下落过程中很可能发生与推料杆碰 撞的现象，但只要时间t不是过分小，碰撞总是发生在a点和c点的间距变到大

48、于 工件直径之前，没有大的危害。我们的注意力应集中在防止过晚的碰撞，特别要注 意保证料槽内壁十分光滑，不能有任何妨碍工件运动的毛刺，确保工件快速下落。在送料时推料杆在不与上滚轮相碰撞的前提下，尽量加大每，以减小按式(3)和(4)计算的偏心量q和色，并推迟ac距离大于d的时刻。将推料杆起、停位置调整到使其端面与料槽内侧壁对齐或略为犒右，切不可偏 左，出现双料故障。图4是工件在下落过程屮，其下缘点距支承板高度随时间变化的计算事例。计 算的近似假设：(1)当忽略摩擦力和空气阻力时，则工件自由下落的加速度为g; (2) 当推料杆按正眩规律运动，即相对于行程中点的位移：式屮s为行程，工件直径：t为推料杆

49、往返一次的总时间。计算中的已知参数为:d二4加m(轴承内圈)料槽宽度：b=45mm推料槽高度：推料杆高度：h二45mmhl=42mm推料杆端面高度:推料杆斜面倾角:推料杆行程：h2=27mma =30° ；s 二 80推料杆行复时间:t = 2. 3s； t = 1. 8s；以图3(a)位置为计算时间t和推料杆位移x的原点，则有兀二x+%0, 4二t+g由(5)式得:x=sin360° /t (t+f°)s/2-勺式中若再假设推料杆的右极限位置为推料杆端面与料槽右侧壁平面重合，则:x0 =s/2- b-d/2+ (h- h)/tanx;zo = (t/360

50、76; )sin_1 (2x0/s)对于从图3 (a)位置到(b)位置的运动阶段，工件下缘距支承板的高度h与推料杆位移 x 的关系9：h=/vd/2-(d72) -x2,/2该式的适用范围为h2/?(lcosa )d/2对于以图3 (b)位置到(c)位置的运动阶段，h随x的变化为:(10)h=/z! -(1- cos u )d/2-x-(d/2)sin a tanx3.3输料槽的设计输料槽的作用是把工件从仓料输到上料机构中，有时也兼作贮料器。滚道侧壁的高度h的设计滚道侧壁的高度h与工件有直接的关系，一般来说，输送稳定性较差的的工件 h可稍取大一点。对于圆柱型工件，h= （0.6-0.7） d,

51、本设计中，工件的最大直径 42mm,贝lj 取 h=30mm。滚道槽宽的设计工件在滚道中靠自重输送时，往往会发生阻塞或失去定向现象。这些现象发生 的原因是：工件在滚道中滚动时，由于工件与滚道侧壁之间的间隙s存在，可能因 为摩擦阻力的变化，工件圆柱表面的锥度误差或其他一些偶尔因素的干扰而发生偏 转。但由于木设计的滚道是垂直与水平面的，所以摩擦阻力很小，不会发牛阻塞。 所以我的最大宽度=42+4=46mm3.4气缸的选择气缸可根据主机需要进行设计，但尽量直接选用标准气缸。3.4.1安装形式的选择安装形式由安装位置、使用目的等因素决定。在一般场合下，多用固定式安装 方式：轴向支座（ms】式）前法兰（

52、ma式）、后法兰（mf?式）等；在要求活塞直线往 复运动的同时又要缸体作较大圆弧摆动时，可选用尾部耳轴或mp?式）和中间 轴销（mt.式）等安装方式；如需要在回转中输出直线往复运动，可釆用回转气缸。 有特殊要求时，可选用特殊气缸。输岀力的大小根据工作机构所需力的大小，考虑气缸载荷率确定活塞杆上的推力和拉力，从 而确定气缸内径。气缸由于其工作压力较小（0.40. 6mpa）,其输岀力不会很大，一般在10000n （不超过20000n）左右，输出力过大其体积（直径）会太大，由于该设计中所需汽 缸提供的力不需太大，所以尽量减小气缸的尺寸。气缸行程气缸（活塞）行程与其使用场合及工作机构的行程比有关。多

53、数情况下不应使 用满行程，以免活塞与缸盖相碰撞，尤其用来夹紧等机构，为保证夹紧效果，必须 按计算行程多加1020mm的行程余量。气缸的运动速度主要由所驱动的工作机构的需要来决定。 要求速度缓慢、平 稳时，宜采用气液阻尼缸或采用节流调速。节流调速的方式有：水平安装推力载荷 推荐用排气节流；垂直安装升举载荷推荐用进气节流；具体冋路见基本回路一节。 用缓冲气缸可使缸在行程终点不发牛冲击现象，通常缓冲气缸在阻力载荷且速度不 高时，缓冲效果才明显。如果速度高，行程终端往往会产生冲击。3.4.2气缸的分类普通气缸的结构组成见图3-5。主要由前盖、后盖9、活塞6、活塞杆4、缸筒 5其他一些零件组成。气缸的种

54、类很多。一般按压缩空气作用在活塞面上的方向、 结构特征和安装方式来分类见表-3-6o23456789图3-5普通气缸1组合防尘圈；一前端盖；3轴用yx密封圈；4一活塞杆；5缸筒;6活塞；7-孔用y密封圈；8缓冲调节阀；9一后端盖类别名称单作用柱塞式气缸气缸简图表3-6特点压缩空气只能使柱塞向一个方向运动；借助外力或重力复位活塞式气缸薄膜式气缸lj*双作用气缸普通气缸双活塞杆气缸不可调缓冲气缸a) 缓冲lr1七b）wm缓冲） m调缓冲可调缓冲气缸双活塞气缸b）初侧nj调缓冲压缩空气只能使活塞向一个方向 运动；借助外力或重力复位压缩空气只能使活塞向一个方向 运动；借助弹簧力复位；用于行程 佼小场合以膜片代替活塞的气缸。单向作 用；借助弹簧力复位；行程短；结 构简单，缸体内壁不须加工；须按 行程比例增大直径。若无弹簧，用 压缩空气复位，即为双向作用薄膜 式气缸。行程较长的薄膜式气缸膜 片受到滚压，常称滚压（风箱）式 气缸。利用压缩空气使活塞向两个方向 运动，活塞行程可根据实际需要选 定，双向作用的力和速度不同